地質作用與地質代

地質作用與地質代第一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日圖2-1地球內部構造示意圖

地球內部構造分圈主要根據物理資料(特別是地震波資料)得出。地球內部有兩個明顯的波速不連續(xù)界面。即莫霍面與古登堡面。

根據這兩個界面，地球內圈劃分成地殼、地幔、地核三個圈層。第一節(jié)地球的構造第二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日

大量的土木工程都是構筑在地球表層或地下，故地球表面形態(tài)變化和物質變化都會影響到土木工程的正常運營。

地球是繞太陽公轉的一個行星,是一個不標準的旋轉橢球體，赤道半徑：6378.14km,兩極半徑：6356.779km。地球的總體特性原始地球是從太陽星云中分化出來的一個較為均質的物體，主要由C、O、Mg、Si、Fe、Ni等元素組成。第三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日外圈內圈生物圈水圈大氣圈地核地幔地殼地表地球構造第四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.地殼

(crust)：指地表到莫霍面之間厚度極不一致的一部分，其厚度是地球半徑徑1/400,占地球總體積的1.55%,總質量的0.8%，是一層相對很薄的固體硬殼。

2.地幔(mantle)：是地球以下至2885km深處的圈層，其體積占地球的82.3%,質量占67.8%,是地球的主體部分，主要由固態(tài)物質組成。根據地震波速變化，以650km為界，分為上地幔和下地幔。上地幔是熔融狀態(tài)物質,可能是巖漿的發(fā)源地

上地幔平均密度3.5g/cm3,組成成分與隕石相當。60～250km存在一個“軟流層”。下地幔密度5.1g/cm3,成分與上地幔相似，可能比上地幔含有更多的鐵。地殼運動主要起因于地幔物質的對流。第五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3.地核(core)：外核是液態(tài)的,內核是固態(tài)。

是指古登堡面至地心部分。根據地震波波速可分為三層。外核2885～4170km，推測可能是液態(tài)，主要由熔融的鐵和鎳的混合物組成。及少量的Si及S等輕元素。過渡帶4170～5155km。內核5155km至地心，密度9.98～12.51cm3/,組成物質為鐵鎳的金屬氧化物和硫化物，故又稱鐵鎳核心。第六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日大氣圈(atmosphere)：是地球以外的空間,它提供生物需要的CO2和O2,對地貌形態(tài)變化起著極大的影響。水圈(hydrosphere)：由大氣圈的水蒸氣凝結成降雨形成海洋和湖泊沼澤及地下水。水與地表巖石相互作用，作為最活躍的地質營力促進各種地質現象的發(fā)育。生物圈(biosphere)：滲透在水圈、大氣圈下層和地殼表層的范圍之中，對于改變地球的形態(tài)起著重要的作用。第七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日地質作用定義：在地質歷史發(fā)展的過程中，促使地殼的組成物質，構造和地表形態(tài)不斷變化的作用。實質上是組成地球的物質以及由其傳遞的能量發(fā)生運動的過程。能量來源：地球內部放射性元素蛻變產生內熱；太陽輻射熱；地球旋轉力；重力；潮汐作用；生物活動；等等第八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日分類：

1.物理地質作用（1）內力地質作用：①構造運動；②巖漿作用；③變質作用；④地震作用

（2）外力地質作用：①風化作用（物理風化作用，化學風化作用，生物風化作用）；②剝蝕作用；③搬運作用；④沉積作用；⑤成巖作用（膠結作用，重結晶作用）

2.工程地質作用第九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日流水切割沖積扇水體侵蝕地貌外力作用第十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日喀斯特地貌成因第十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日東非大裂谷內力作用第十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)內動力地質作用內動力地質作用能量（旋轉能、重力能、輻射熱能）來自地球內部，作用于地殼內部。有建設(形成新的巖體)也有有改造(使已經存在的巖體改變形態(tài)、組構)。endogenicgeologicalprocess第十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日一、地殼運動(水平和升降運動)(巖石圈的活動在地殼中造成擠壓拉伸或水平錯動。這種使地殼內巖體發(fā)生位移變形的作用，稱為地殼運動。）1.水平運動(平行于地表，沿地球切線方向運動）水平運動是地殼演化過程中，表現得較為強烈的一種運動形式。主要表現為地殼受水平擠壓或年年拉伸，形成巖層的褶皺、斷裂。水平運動是形成地殼表層各種構造形態(tài)的主要原因。第十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日圣安德烈亞斯斷層（SanAndreasFault）是一段長約1050千米、橫跨加利福尼亞州西部和南部以及墨西哥下加利福尼亞州北部和東部的斷層，位于太平洋板塊和北美洲板塊的交界處。斷層以西的太平洋板及以東的北美洲板塊正分別向西北和西南方向移動，平均每年滑動距離為33至37毫米。北美洲板塊向西移構成的擠壓力形成海岸山嶺，太平洋板塊北移則形成橫斷山嶺和圣克魯斯山脈。斷層附近常發(fā)生地震，其中包括1906年強度達7.8級的舊金山大地震。第十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日圣安德列斯斷裂第十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日被圣安德烈斯斷裂錯開的溪流第十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日被圣安德列斯斷裂錯開的果林第十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日地殼水平運動的現象和證據傾斜和彎曲的地層在野外很常見地層沉積時都是水平延展的擠壓作用使之傾斜和彎曲第十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日水平的巖層第二十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日水平的巖層第二十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日傾斜的巖層第二十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日彎曲的巖層第二十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日彎曲的巖層第二十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日西藏大褶皺第二十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.垂直運動

(垂直地表，沿地球半徑方向上升、下降）垂直運動使地面隆起或凹陷，形成海進和海退；垂直運動還控制了沉積巖的物質成分的來源和性質，同時也影響沉積巖的厚度和空間分布。第二十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日意大利那不勒斯海灣，塞拉比斯古建筑廢墟。建于公元105年的古羅馬帝國時代，如今只存留3根12米高的大理石柱。石柱上遺留的特征表明，2000年來這些石柱曾因地殼下沉而末入海水中至少6米多。18世紀中期，這處古遺址剛挖出來時，全柱都在海面以上。19世紀地殼又下沉，柱腳被淹沒。近百年來觀測:柱腳淹沒深度在增加：1826年0.3米，1878年1.53米，1913年2.05米，1964年2.50米(但至1970年又回升1米)。第二十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日下部3.6米，因曾被火山灰掩埋，柱面光滑。近代火山灰被清理掉(17世紀中發(fā)掘)。其上2.7米，有多許小孔，海生生物侵蝕造成。說明地殼下沉曾淹沒在海水中，海生瓣腮類動物(石蜊(li)和石蟶(cheng)。再上5.7米，因暴露于大氣中，受到風雨侵蝕而不甚光滑。一直在海水面之上，未被海水淹沒。第二十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日二、地震作用地殼的快速顫動，地殼運動的特殊形式。地震烈度：地震后受震地區(qū)地面影響和破壞的強烈程度。地震區(qū)抗震設計原則：1)選擇場地和地基2）選擇適宜的持力層和基礎方案3）建筑物合理布置和結構選型第二十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日三、巖漿作用

熔融狀態(tài)的巖漿向地殼中(沿其中的薄弱帶，如斷裂帶)壓力比較小的部位運移，甚至會沖破地殼而噴出地表。巖漿作用的結果：巖漿體冷凝為巖石---巖漿巖巖漿體的高溫及從中釋放出來的具有化學活動性的氣液流體，還會作用于圍巖。第三十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日侵入作用--巖漿侵入地殼內部；噴出作用(火山作用)--巖漿沖出地表侵入和噴出的巖漿體最終在圍巖中或在地表冷凝，形成巖石---巖漿巖。第三十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日侵入在圍巖中的的巖墻第三十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日噴出地表、已經冷凝的巖漿第三十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日四、變質作用

地下深處固態(tài)巖石在高溫高壓和化學活動性流體作用下，引起巖石的結構、構造和化學成分發(fā)生變化，形成新的巖石的一種地質作用。第三十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日幾個例子：

a)

石灰?guī)r→大理巖石灰?guī)r由極細微的CaCO3(隱晶質,0.1mm)組成

。在熱力烘烤作用下，原來的顆粒重結晶變成較粗大的晶粒(1－5mm),成為大理巖。b)泥質巖石的變質由粘土礦物高嶺石組成的巖石，在熱力作用下，變質形成紅柱石和石英。Al4(SiO10)(OH)8→2Al(SiO4)O+2SiO2+4H2(高嶺石)(紅柱石)(石英)第三十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日c）花崗巖的變質大定向高壓力作用下，原來均勻隨機排列的顆粒變成定向排列?？偨Y：各種內力地質作用是相互關連的。地殼運動形成斷裂，引起地震，并為巖漿活動創(chuàng)造通道。地殼運動和巖漿活動引起變質作用。地殼運動在內力地質作用中起主導地位。第三十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)外動力地質作用能量（河流的侵蝕、地下水的潛蝕、風的吹蝕、冰川的刨蝕、湖泊海洋的沖蝕）來自地球外部，主要作用于地表。主要是破壞(使原來完整的巖體破碎、成分改變)，改變后重新組合，將來形成在一段時間內相對穩(wěn)定的地質體。外動力地質作用exogenicgeologicalprocess第三十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日一般按風化→剝蝕→搬運→沉積→硬結成巖的程序進行風化：在地表環(huán)境下，由于大氣、水、生物等作用，巖石在原地分解和破壞。剝蝕：

各種地質能量，在運動過程中對地表巖石產生破壞，并把破碎分解了的產物剝離原地。第三十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日風化作用剝蝕作用搬運作用沉積作用拖曳搬運懸浮搬運溶解搬運成巖作用壓固作用膠結作用重結晶作用外力地質作用巖石風化剝蝕作用剝蝕作用搬運沉積第三十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日一、風化作用(weathering)在地表條件下，自然界的巖石受大氣、水、生物等因素影響，在原地發(fā)生機械崩解或化學分解，形成松散堆積物的過程。1.風化類型：物理風化、化學風化、生物風化1）物理風化(physicalweathering)冰劈作用鹽類結晶脹裂作用第四十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日冰劈作用鹽類結晶和潮解作用物理風化的結果

——

破壞了巖石的完整性和強度單純機械破壞物理風化的特征——

無新礦物產生，僅發(fā)生機械破碎第四十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日球狀風化圖解第四十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日花崗巖球狀風化三峽工程工區(qū)第四十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日溫差作用圖解

溫差作用第四十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2)化學風化(chemicalweathering)溶解作用：可溶性巖石被水溶解。水化作用：水分子進入吸水礦物的結晶格架中。水解作用：礦物與水作用后形成氫氧化物。硅酸鹽礦物主要通過此方式破壞。氧化作用：低價化合物變?yōu)楦邇r。第四十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3）生物風化(biologicalweathering)生物物理風化---根劈作用生物化學風化---遺體新陳代謝產生有機酸第四十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日巖性地質構造氣候地形地下水影響巖石風化的因素：第四十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日物理風化的結果：破壞巖體的完整性。

化學風化的結果：改變巖石的成分。巖體的工程性質發(fā)生如下幾方面變化：

1、親水性變大，透水性增強。表現出膨脹、崩解、泥化等性質。2、力學強度降低，壓縮性變大。第四十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日二、風化作用的評價和治理

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）和《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007—2002）的劃分方案：全、強、中、微、未風化帶。1、巖石風化分帶的依據：顏色與光澤、礦物變異、破碎程度、強度變化和可鉆性。第四十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日風化程度特征殘積土組織結構全部破壞，已風化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性全風化結構基本破壞，但尚可辨認，有殘余結構強度，可用鎬挖，干鉆可鉆進。強風化結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，風化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，用鎬可挖，干鉆不易鉆進。中等風化結構部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進。微風化結構基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風化裂隙。未風化巖質新鮮，偶見風化痕跡巖石風化類型（《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—2001）第五十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2、風化殼垂直剖面

巖石風化后的產物在地表形成的一個不連續(xù)的巖土層稱為風化殼全風化強風化弱風化微風化第五十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日巖石風化帶第五十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日花崗巖全、強中風化帶三峽工程左岸永久船閘邊坡第五十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日風化分帶的意義：

1.根據巖石風化的深度及其分布情況，選擇適于修建建筑物的地點；

2.確定重大建筑物的地基中需要挖除的巖土風化層的厚度；

3.根據巖石風化速度確定合理的邊坡坡度，以及確定基坑、路塹保持開敞狀態(tài)的安全期限；

4.確定防止巖石風化的措施。第五十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3、巖石風化的治理方法:

（1）挖除法：挖除部分對建筑物構成較大威脅的風化嚴重的巖層

（2）覆蓋法：如覆蓋瀝青、水泥、黏土層等（3）膠結法：巖石裂隙中灌入水泥、瀝青、水玻璃等漿液，膠結堵塞巖石裂隙（4）整平排水法：在工程建設區(qū)域進行場地整平并建造排水工程

（5）探槽監(jiān)測法：設置開敞的風化探槽預留基坑高程,分段開挖,快速回填。第五十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日三、河流地質作用地表流水有片流、洪流和河流三種方式。(1)在地面匯合成網狀薄水層順自然坡均勻流動的水流稱片流。(2)由暴雨或融雪形成的暫時性山洪急流稱洪流。(3)在固定溝谷中長年流動的水流稱河流。片流和洪流會產生一些特殊的第四紀沉積物第五十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日片流對山坡起沖刷作用。在坡腳堆積形成坡積物。第五十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日洪流攜帶碎屑物質在山溝出口處或山前傾斜平原堆積形成洪積物（地貌上稱洪積扇）新疆天山腳下洪積扇第五十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日洪積扇第五十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日坡積物第六十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1、河流侵蝕作用：以機械侵蝕為主，化學溶蝕為輔。一、侵蝕和沉積（1）機械侵蝕發(fā)生的初始條件

1）臨界流速——Vcr2）含砂量——飽和含砂量河流侵蝕作用方向：下蝕

側蝕第六十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日源蝕(headwarderosion)（長江源頭）第六十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日源蝕作用示意圖：第六十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日下蝕(verticalerosion)（長江三峽）第六十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日側蝕(lateralerosion)（長江中下游平原）第六十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日側蝕作用原理：a-河流橫向環(huán)流；b-河曲處橫向環(huán)流斷面圖凹岸侵蝕凸岸堆積第六十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2沉積作用：Vmax——水面下水深的3/10處（主流線）平直河道：螺旋形對稱橫向環(huán)流彎曲河道：螺旋形不對稱橫向環(huán)流（偏凹岸）結果：形成凹岸被侵蝕、凸岸被堆積當河流彎曲較大時，洪水在河曲的上下段河槽間最窄的陸地處很容易被沖開，河流則可順利地取直暢流，這種現象稱為河流的截彎取直現象。（1）截彎取直：第六十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日橫向環(huán)流：橫向環(huán)流示意圖

(a)河流橫向環(huán)流；(b)河曲處橫向環(huán)流斷面圖凹岸侵蝕凸岸堆積第六十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日

a-彎曲河道b-蛇曲c-牛軛湖第六十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日牛軛湖第七十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1、河谷二、河谷的類型及河流階地構造谷：地質構造侵蝕谷：流水沖刷類型:河谷是指由河流長期侵蝕和堆積作用塑造而成的底部經常有水流動的線狀延伸凹地。河谷的要素包括谷坡、谷底和河床

侵蝕谷發(fā)展階段：峽谷型河漫灘河谷成形河谷河漫灘第七十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2、階地階地是指河谷谷坡上分布的不會被水淹沒的臺階狀地形。河流階地圖

根據侵蝕與堆積之間關系的不同，分三大類型。侵蝕階地：特征是階地面上沒有或僅有較少的沉積物，基巖外露堆積階地：特征是階地土層深厚，階地面不見基巖基座階地：屬侵蝕階地到堆積階地的過渡類型優(yōu)良差河流階地第七十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日河流侵蝕的防治對河流侵蝕的防治主要有兩個方面的思路，可以分為預防性措施和整治性措施。1、預防性措施（1）要確定容易被掏蝕破壞的地段，特別是土質松軟的存在有洞穴的河流凹岸（2）開展為預報岸邊與其鄰近地區(qū)建筑工程的危險狀態(tài)而進行的長期動態(tài)觀測工作。第七十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2、整治性措施對容易受到侵蝕作用的地段采取如下防護措施。（1）邊岸防護如采取鋪砌、拋石、綠化等。（2）調節(jié)水流這包括調節(jié)水流方向、調節(jié)流速大小。如可設置各種導流的構筑物。（3）蓄洪工程例如興建水庫、大壩等項目。第七十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日河流搬運作用方式：

拖運、懸運、溶運河流沉積作用類型：

河床沉積、漫灘沉積、河口沉積第七十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日三、海洋的地質作用1.海洋的破壞作用2.海洋的沉積作用四、湖泊和沼澤的地質作用1.機械沉積作用2.化學沉積作用3.生物沉積作用五、冰川的地質作用1.創(chuàng)蝕作用2.搬運3.堆積第七十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日潮濕氣候區(qū)：河流、湖泊、地下水發(fā)育，風化徹底。如東南沿海干旱氣候區(qū)：暴雨，風力強，咸水湖。如西北高原。冰凍氣候區(qū)：氣溫低，蒸發(fā)量小，生物稀少，冰川盤踞。如兩極和高山地區(qū)外力地質作用主要影響因素是：氣候和地形。第七十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日內力和外力地質作用的關系：內力地質作用決定地表的基本形態(tài)和內部構造?！乇硇螒B(tài)的塑造者。外力地質作用破壞和重塑地表形態(tài)?！乇硇螒B(tài)的雕刻者。第七十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日地質年代(geologicage)

絕對年齡：是指組成地殼的巖層從形成到現在有多少“年”。它能說明巖層形成的確切時間，但不能反映巖層形成的地質過程。適用于巖漿巖、變質巖地區(qū)。

相對年代：能說明巖層形成的先后順序及其相對新老關系，能反映巖層形成的自然階段。適用于沉積巖地區(qū)。地質工作中，一般以應用相對地質年代為主。

地質年代單位：宙、代、紀、世、期(從大到小)

地層單位：宇、界、系、統(tǒng)、階(從大到小)第四節(jié)地質年代第七十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日一、同位素年齡(絕對年齡)及其測定就可以計算出該礦物從其形成到現在的實際年齡，即代表巖石的絕對年代。許多巖石中含有微量的放射性元素，巖石形成初期，放射性元素含量較高，隨后慢慢衰減。如無特殊地質作用影響，蛻變產物(子體)仍保存在礦物晶體格架之中。通過儀器測定巖石中放射性元素(母體)和蛻變物(子體)的含量，從而推算出巖石的形成時間。第八十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日

（一）沉積巖相對地質年代的確定(1)地層層序

正常沉積的巖層應該是先沉積的巖層在下，后沉積的巖層在上，形成上新下老的正常自然層序規(guī)律。但劇烈的地質構造運動會使巖層的層序發(fā)生變化。(2)巖性

作為巖層對比的基礎，在一定區(qū)域內，同一地質時期所形成巖層的組成、結構、構造特點是一致或近似的。二、相對地質年代及其確定主要是依據巖層的沉積順序、生物演化和地質構造關系，也可以說是主要依據地層學、古生物學、構造地質學方法。第八十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日(3)接觸關系在沉積盆地的穩(wěn)定沉積環(huán)境中不同地質年代的沉積物一層層連續(xù)沉積，中間沒有間斷。整合接觸平行不整合接觸(假整合)角度不整合接觸接觸關系地殼上升，使地層表現受到風化剝蝕，形成高低不平的侵蝕面，之后地殼再次下降，侵蝕面上才會又有新的沉積物和沉積地層出現。這時侵蝕面上下新老地層之間的巖層大致平